(57)【要約】 【課題】  加工性に優れ、ボールの飛距離の伸張、軽量化、高級感、耐食性を兼ね備えたゴルフクラブ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  ゴルフクラブを構成するシャフト部分４、ヘッド部分１の少なくとも一部を、８８〜９２原子％のチタンと残部がスズとモリブデンからなるチタン合金により構成し、シャフト部分４の外周に酸化処理を施すことで、酸化被膜からなる着色層を形成する。前記チタン合金を用いることでゴルフクラブとしてのバネ性が向上し、ボールの飛距離が伸長するとともに、着色層を形成することで、美観と耐酸化性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト部分及びヘッド部分の少なくともいずれかの、少なくとも一部が、８８〜９２原子％のチタンと残部がスズとモリブデンからなるチタン合金により構成されることを特徴とするゴルフクラブ。
【請求項２】
前記チタン合金のスズ／モリブデンの原子％の比は、０．５〜１．２であることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項３】
前記チタン合金のヤング率は、６５ＧＰａ以下であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のゴルフクラブ。
【請求項４】
前記シャフト部分は、冷間圧延により得られるシームレス管であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のゴルフクラブ。
【請求項５】
前記シャフト部分がシームレス管と、前記シームレス管の中心部に挿入された芯材からなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のゴルフクラブ。
【請求項６】
前記シャフト部分に酸化被膜からなる着色層が形成されてなることを特徴とする、請求項１ないし請求項５に記載のゴルフクラブ。
【請求項７】
前記ヘッド部分を構成するフェース部分を、冷間鍛造により製造することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のゴルフクラブの製造方法。
【請求項８】
前記フェース部分に窒素加圧雰囲気で熱処理を施すことを特徴とする、請求項７に記載のゴルフクラブの製造方法。
【請求項９】
前記シャフト部分に酸化処理を施すことにより、酸化被膜からなる着色層を形成することを特徴とする、請求項６に記載のゴルフクラブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴルフクラブ及びその製造方法に関し、特に、ヘッド及びシャフトの少なくとも一部が、チタン−モリブデン系のチタン合金からなるゴルフクラブ及びその製造方法に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゴルフクラブのヘッド部分の構造として、金属製の中空構造が注目されている。また、金属製のヘッド部分の材料としては、特にチタン合金が一般的である。これは、チタン合金が、ヘッド部分の材料に求められる特性、つまり、高強度、低比重を有することによる。
【０００３】
しかしながら、この金属製の中空構造のヘッド部分は、このヘッド部分を可及的に軽量化するため、より肉薄にヘッド部分を作製する試みが種々なされている。反面、軽量化、即ち薄肉化を追求する余り、必要以下に強度が低下するという問題がある。例えば、フェース部分の薄肉化に伴って、反発力の向上が見られ、ボールの飛距離が伸びるが、反復継続使用により、フェース部分に歪みを生じたりするという問題がある。
【０００４】
しかし、フェース部分の強度を確保するために、フェース部分の板厚をあまりに厚くすると、ヘッド部分全体の質量を適正な範囲とすることが困難となり、ヘッド部分の重心位置のコントロール不可もしくはヘッド部分の大型化困難となる。
【０００５】
ヘッド部分用材料として一般的に使用されるチタン合金は、チタン−６アルミニウム−４バナジウム合金である。しかし、この合金は、α＋β系合金であり、低温域での変形の抵抗が大きく、加工性も低い。
【０００６】
また、特許文献１には、ヘッド部分用材料として、モリブデンを１３〜１７質量％、ジルコニウムを３〜７質量％、アルミニウムを１．５〜４．５質量％を含むチタン合金が、特許文献２には、モリブデンを１３〜１７質量％、ジルコニウムを３〜７質量％、アルミニウムを１．５〜４．５質量％、スズを０．５〜５質量％含むチタン合金が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４０３９０号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に開示されているヘッドは、材料の強度または加工性を向上させただけにとどまり、使用上の実際の反発力、即ち、材料のバネ性及びゴルフクラブの質感に関係する耐食性については記載がなく、ゴルフクラブのユーザーメリットは十分ではない。
【０００９】
従って、本発明の課題は、ゴルフクラブを構成する材料そのもののバネ性を高め、かつ冷間加工性向上、高強度というメーカーメリットに加え、ユーザーの使用感、例えば、ボールの飛距離の伸張するとともに、軽量化、高級感、耐食性を兼ね備えたゴルフクラブ、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題解決のため、チタン合金の組成と加工方法を再検討した結果なされたものである。
【００１１】
即ち、本発明は、シャフト部分及びヘッド部分の少なくともいずれかの少なくとも一部が、８８〜９２原子％のチタンと残部がスズとモリブデンからなるチタン合金により構成されることを特徴とするゴルフクラブである。
【００１２】
また、本発明は、前記チタン合金のスズ／モリブデンの原子％の比が、０．５〜１．２であることを特徴とする前記のゴルフクラブである。
【００１３】
また、本発明は、前記チタン合金のヤング率が、６５ＧＰａ以下であることを特徴とする、前記のゴルフクラブである。
【００１４】
また、本発明は、前記シャフト部分が冷間圧延により得られるシームレス管であることを特徴とする、前記のゴルフクラブである。
【００１５】
また、本発明は、前記シャフト部分がシームレス管と、前記シームレス管の中心部に挿入された芯材からなることを特徴とする、前記のゴルフクラブである。
【００１６】
また、本発明は、前記シャフト部分に酸化被膜からなる着色層が形成されてなることを特徴とする、前記のゴルフクラブである。
【００１７】
また、本発明は、前記ヘッド部分を構成するフェース部分を、冷間鍛造により製造することを特徴とする、前記のゴルフクラブの製造方法である。
【００１８】
また、本発明は、前記フェース部分に窒素加圧雰囲気で熱処理を施すことを特徴とする、前記のゴルフクラブの製造方法である。
【００１９】
また、本発明は、前記シャフト部分に酸化処理を施すことにより、酸化被膜からなる着色層を形成することを特徴とする、前記のゴルフクラブの製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、材料として、前記のチタン合金を用い、前記のシャフト構造やヘッドの製造方法を用いることにより、軽量で飛距離を伸ばすことが可能なゴルフクラブを提供することができる。また、シャフト部分に、酸化処理による着色層を形成するので、ゴルフクラブの耐食性向上、外観的な高級感の増加を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明においては、ゴルフクラブを構成する材質として、チタン−モリブデン−スズ合金を用いており、チタンの含有量を原子％で、８８〜９２％としている。これは合金作製における偏析などを抑制するためである。また、適度にモリブデンを含有させることで、結晶構造をβ型とすることができる。
【００２２】
このように、β安定化を促進する元素はほかにも存在するが、なかでもモリブデンは添加量あたりの強度及び耐食性の向上が最も高く、かつ少量でβ安定化することが可能である。また、モリブデンの含有量は、好ましくは、４．５〜１０原子％である。添加量が１０原子％を超える範囲では、β安定化促進が過剰となり、熱処理による結晶粒の粗大化を招き、加工性が低下するからである。
【００２３】
また、スズの添加は、β相変態温度を低下させるとともに、熱的に不安定なω層の生成を抑制するとともに、チタン−モリブデン系合金に対して、塑性変形の開始を遅らせ、バネ性を向上する。さらに、スズの添加は、酸化防止に効果があり、酸素の拡散による特性の劣化を防止する。また、スズの好適な含有量は、３〜１０原子％であり、その理由は、３原子％以下では、十分なβ安定化が認められず、１０原子％を超える領域では、β相に固溶できないためである。
【００２４】
また、チタンの含有量が８８〜９２原子％の領域においては、スズ／モリブデンの原子％の比が０．５〜１．２の範囲で、チタン合金が最も高いバネ性を発現する。このときの引張り試験強度は、８００ＭＰａ以上であり、引張り試験における応力−歪み曲線から求められるヤング率は８０ＧＰａである。
【００２５】
合金組成とヤング率の関係について見ると、チタン−６モリブデン−４スズ、チタン−６モリブデン−３．５スズ、チタン−５モリブデン−５スズの順にヤング率が低く、最小で５３ＧＰａである。そして、前記のようにゴルフクラブの材料には、一定のバネ性が求められるので、ヤング率は６５ＧＰａ以下であることが望ましい。
【００２６】
なお、本発明のゴルフクラブにおいては、前記チタン合金をフェース部分に使用することで、ヘッド部分の反発力を高めることができる。一般的に反発力を高めるためには、フェース部分の薄肉化が求められているが、強度確保のための、薄肉化には限界がある。
【００２７】
しかしながら、本発明においては、同じ反発力を得るために、極端に薄肉化する必要がなく、強度も十分に高いフェース部分とすることができる。さらに反発力を得るために、３ｍｍ以下に薄肉化することもできるが、強度の観点から１ｍｍを下限とする。
【００２８】
なお、最終的に時効処理により、前記チタン合金の表面硬度を高めることもできるが、冷間加工により表面に圧縮応力を分散させたままでも、十分な硬度が得られるため、そのまま使用することもできる。
【００２９】
また、前記チタン合金を、本発明のゴルフクラブのシャフトに使用する場合は、シームレス管として使用することができる。シームレス管とするのは、外観的な質感を高めるためであるのは勿論である。シームレス管そのものとしての使用も可能であるが、剛性を高めるため、中心部に芯材を挿入することも可能である。
【００３０】
芯材としては、繊維強化型プラスチック（ＦＲＰ）などの、軽量で弾性を具備した材質を用いることが望ましい。ＦＲＰに用いられる繊維としては、一般的なガラスファイバーやカーボンファイバーが挙げられる。
【００３１】
また、芯材を用いる場合は、シームレス管の肉厚を０．５ｍｍ以下とすることができる。このような構成とすることで、ゴルフクラブを振り下ろしたときの、ボールの打ち出し速度を向上することができる。
【００３２】
さらには、シャフト部が金属光沢を有し、質感も向上する。また、女性ゴルファーの増加によるデザインへの配慮の必要性から、カラー光沢シャフトを陽極酸化により作製することができる。近年、雨天においてもゴルフプレーを行うことが多く、水分の付着がクラブの変色や、錆の発生の原因となり、経年使用によって価値低減が助長されるが、陽極酸化を施すことで、さまざまな発色が可能であり、表面の耐食性や耐酸化性を高めることにより、経年変化に伴う変色などによる高級感の低下を防止することができる。
【００３３】
さらには、陽極酸化により、表面近傍にアナターゼ型の酸化チタンを形成することで、酸化チタンの触媒作用により、水垢などの残存がなく、より一層商品価値を高めることが可能となる。
【００３４】
本発明のゴルフクラブは、例えば下記の方法により製造できる。まず組成を調整した原料を、真空アーク再溶解（以下、ＶＡＲと記す）法によりインゴットとし、これを熱間圧延して、板またはビレットとする。フェースに用いる材料は、前記板材を、例えば８５０℃で５分間保持するという条件で、溶体化熱処理を行い、その後、冷間圧延して、厚さが１〜３ｍｍの板にするという方法で得られる。
【００３５】
また、フェース部分には、時効処理を施すことで、その表面硬度を高めることができる。さらに、窒素加圧雰囲気で、熱処理することで、フェース部分表面に薄い窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成することで、硬度を高めることができる。
【００３６】
また、中空構造のクラウン部分は鋳造法により作製できる。しかしながら、鋳造によって得られる組織では、冷間圧延加工を施したものに比較して、バネ性は低下する。また、クラウン部分を分割プレスして最終的の溶接で一体化することでも作製できる。従って、このようにして得られる中空構造のクラウン部分は、軽量、高強度のフェース部分と組み合わせて使用することで、飛距離を伸ばすことができる。
【００３７】
シャフト部分を得るには、まず前記ビレットを所定形状まで加工し、放電加工により管とする。この管を三ロール圧延機により、所要の肉厚、外径が得られるまで、冷間加工して、シームレス管とする。このシームレス管の中心に、内径と同程度の外径を有する芯材を挿入することができる。
【００３８】
また、例えば、リン酸と硝酸を含む溶液中で陽極酸化を施すことで、着色することが可能であり、ゴルフクラブの耐食性を高めることができる。これらを他の部品と溶接して組み立てることで、商品価値を一層高めたゴルフクラブを製造できる。
【実施例１】
【００３９】
以下に、図を参照しながら具体的な実施例を挙げ、本発明について、さらに詳細に説明する。図１は、本発明にかかるゴルフクラブの概略を示す斜視図であり、１はヘッド部分、２はフェース部分、３はクラウン部分、４はシャフト部分である。
【００４０】
ＶＡＲにより、組成の異なる７種類のチタン合金を溶解し、ボタン形状のインゴットを得た。溶解は、溶解炉内を０．１Ｐａまで減圧した後、アルゴンを注入して、溶解炉内の圧力を２．６７ｋＰａとし、アルゴン雰囲気で行った。また、この際、比較に供するために、組成が本発明の範囲外であるインゴットも溶解した。表１には、これら実施例と比較例の組成をまとめて示した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
次に、得られたインゴットに、熱間圧延加工を施し、厚さが４ｍｍの板材とした。これに、アルゴン雰囲気で、８５０℃、５分間の熱処理を施した後、厚さ４ｍｍから厚さ０．５ｍｍまでの冷間圧延を施した。その際の加工性と、バネ性について評価した。表２は、実施例と比較例の加工性、引張り強度、バネ性の評価結果をまとめて示したものである。なお、ここではバネ性を弾性領域で評価した。つまり、この数値が大きい方が、バネ性も大きいことになる。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２において、『○』は、厚さ４ｍｍから厚さ０．５ｍｍへの冷間加工が可能であったもの、『△』は、冷間加工により一部に割れが生じたもの、『×』は、割れが著しく加工が不可能であったものである。断面積の減少率で示すと、７５％以上のものが『○』、５０〜７５％のものが『△』、５０％未満のものが『×』である。
【００４５】
なお、断面積の減少率は、冷間加工前の断面積をＳ0、冷間加工後の断面積をＳ1とした際の、次の演算で求められる数値である。
断面積の減少率（％）＝（Ｓ0−Ｓ1）／Ｓ1×１００
【００４６】
表１に示した結果によると、実施例のチタン合金は、いずれも８００ＭＰａ以上の引張り強度を有し、弾性域は２％以上であった。その中でも、特にチタン−６モリブデン−３．５スズ、チタン−５モリブデン−５スズ、つまり実施例４では、弾性域が３％程度であり、バネ性が高い。これに対して、比較例では、一部の組成が、実施例よりも高い引張り強度を示したが、弾性域が、いずれも２％を下回る結果であり、バネ性が実施例よりも低いと言える。
【００４７】
また、図２は、表１における、実施例４と、比較例６のチタン合金の応力−歪み曲線である。実施例４については、３％の歪みまで、比較例６については、２％の歪みまで評価した。図２から、実施例４の方が比較例６よりも弾性域が広いことが明らかである。
【００４８】
次に、実施例の中で、高いバネ性を示した、チタン−６モリブデン−３．５スズの組成を用いて、ＶＡＲ法によりチタン合金のインゴットを作製した。このインゴットに熱間加工を施し、板材とビレットとした。これらの板材とビレットに、再度、８５０℃、５分間の熱処理を施し、板材の方は、冷間圧延により厚さ３ｍｍとした。
【００４９】
この板材をフェース形状に打ち抜いた後、所定の曲面形状を付与するためのプレス加工を行い、フェース部分２を得た。このフェース部分２に、フッ酸と硝酸を含む溶液で洗浄するという方法で、スケール除去を施した。
【００５０】
次に、前記のビレットを所定寸法まで加工した後、放電加工により穴開けを行い、三ロール圧延機により、所要の外径のシームレス管に加工した。得られたシームレス管の外周を陽極酸化により青色に着色した。次いで、カーボンファイバー製の棒材を管内に挿入し、シャフト部分４を得た。
【００５１】
これらを、溶接し、仕上げ加工を施して本発明のゴルフクラブを得た。これについて溶接の強度を評価したが、実用上まったく問題のない結果であった。
【００５２】
なお、ここでは、カーボンファイバー製の棒材を芯材としたが、線材を編組加工して得られる棒状にしたものを用いることもできる。さらに、シャフト部分４には、前記シームレス管のような中空形状の材料ではなく、棒状の合金材料をそのまま用いることも可能であり、その場合は、スエージングにより加工を行い、熱処理を施さないで用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明にかかるゴルフクラブの概略を示す斜視図。
【図２】実施例４と、比較例６のチタン合金の応力−歪み曲線。
【符号の説明】
【００５４】
１    ヘッド部分
２    フェース部分
３    クラウン部分
４    シャフト部分   
【図１】
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【図２】
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